JP4397870B2 - Image projection system using a DC high-pressure discharge lamp - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子とカラーフィルタを搭載した画像投射システムに関する。 The present invention relates to an image projection system equipped with an optical element and a color filter.
画像投射システムは高速で回転するカラーフィルタに光を照射して例えば三原色(すなわちR(赤)・G(緑)・B(青))を時分割に取り出し、デジタル・マイクロミラー・デバイス「通称DMD(登録商標)」と呼ばれる反射型の光学素子を用いて画像パターンを作り、投影レンズ系を介してスクリーン上にカラー画像を投射するシステムであり、ホームシアターやRPTV(リヤプロジェクションテレビ)などに利用されている。 The image projection system irradiates light to a color filter that rotates at high speed, and extracts, for example, three primary colors (ie, R (red), G (green), and B (blue)) in a time-sharing manner. This is a system that creates an image pattern using a reflective optical element called (registered trademark) and projects a color image on a screen via a projection lens system, and is used in home theaters and RPTVs (rear projection televisions). ing.
画像投射システムの光源として用いられる高圧放電灯は、駆動電流の波形により、矩形波の交流電流によって点灯する方式(交流方式)と、直流電流によって点灯する方式(直流方式)の2種類に分類される。初期のシステムは交流方式が主流であり、カラーフィルタもR・G・Bの3原色のみで構成された単純なものが一般的であった。 High-pressure discharge lamps used as light sources for image projection systems are classified into two types depending on the drive current waveform: a method of lighting with a rectangular alternating current (AC method) and a method of lighting with a direct current (DC method). The In the initial system, the AC system is the mainstream, and the color filter is generally a simple one composed only of the three primary colors of R, G, and B.
投射されたカラー画像の色調をユーザーの好みに応じて変化させることは重要である。これに関し、例えば特許文献1には、カラーセグメントがR・G・Bの3種類で構成されるカラーフィルタを備えた画像投射システムにおいて、特定のカラー(R,G,B)に応じて光源を駆動するのに用いられる出力パワーを変化させて自由に色調を変化させることができる画像投射装置が開示されている(但し、実施例はいずれも交流方式の光源による。)。 It is important to change the color tone of the projected color image according to the user's preference. In this regard, for example, in Patent Document 1, in an image projection system including a color filter composed of three types of color segments, R, G, and B, a light source is selected according to a specific color (R, G, B). An image projection apparatus is disclosed in which the color tone can be freely changed by changing the output power used for driving (however, the embodiments are all based on an AC light source).
このように、DMD(登録商標)のようなデジタル光学素子を備えた画像投射システムにおいて、特定のカラーセグメントと同期しながら高圧放電灯の駆動電流の大きさを制御することは、再現性の良い色調に調整したり、ユーザーの好みに応じて例えば鮮やかな赤色を表現したり等、豊かな表現力を与えることのできる技術の一つとして注目されている。 Thus, in an image projection system including a digital optical element such as DMD (registered trademark), controlling the magnitude of the driving current of the high-pressure discharge lamp while synchronizing with a specific color segment is highly reproducible. It is attracting attention as one of the technologies that can provide rich expressive power, such as adjusting the color tone or expressing a bright red color according to the user's preference.
ところで、高圧放電灯の電極部には、電子を放出する陰極(カソード)と、カソードから放出された電子を受け取る陽極(アノード)が存在する。陽極は電界により加速された電子が衝突するため、高温に加熱され、蒸発により消耗する。交流方式の高圧放電灯は極性が一定周期で変化するため、陰極と陽極が周期的に入れ替わる。その結果、両方の電極が消耗する。 By the way, the electrode part of the high-pressure discharge lamp has a cathode (cathode) that emits electrons and an anode (anode) that receives electrons emitted from the cathode. Since the electron accelerated by the electric field collides with the anode, it is heated to a high temperature and consumed by evaporation. Since the polarity of the alternating current type high pressure discharge lamp changes at a constant cycle, the cathode and the anode are periodically switched. As a result, both electrodes are consumed.
図4(a)は、一般的な交流方式の高圧放電灯の電極構造101a、101bとアーク放電A100の状態を示している。この図のように、交流方式の場合、電極の消耗が均一になるように、2つの電極が同形同大に設計されている。交流ランプ電流は、正の半サイクルと負の半サイクルとで電流の向きが入れ替わる。 例えば、正の半サイクルにおける電流の向きが矢印C1であったとすると、その間の陰極(カソード)は101a、陽極(アノード)は101bとなる。このとき、アークの輝点はカソード近傍に発生するので、K101の辺りに表れる。一方、負の半サイクルにおける電流の向きは矢印C2となり、今度は陰極が101b、陽極が101aとなり、アークの輝点はK102の辺りに表れる。
FIG. 4A shows the state of
電極部の消耗がなるべく均一になるようにして、交流方式の高圧放電灯の寿命特性を劣化させないためには、光源に供給される平均電力がプラスとマイナスとで等しくなるように調整することが必要である。しかし、豊かな表現力を得るためにセグメント単位で駆動電流の大きさを変えることによって高圧放電灯への入力電流波形を操作した場合、電流波形の対称性を維持することが難しい。 In order not to deteriorate the life characteristics of the AC type high pressure discharge lamp so that the consumption of the electrode part is made as uniform as possible, the average power supplied to the light source can be adjusted to be equal to plus and minus. is necessary. However, it is difficult to maintain the symmetry of the current waveform when the input current waveform to the high pressure discharge lamp is manipulated by changing the magnitude of the drive current in segment units in order to obtain rich expressive power.
例えば、図4(b)は、交流方式の画像投射装置において、「赤のパルスの振幅(正及び負のパルス共に)を青のパルスの振幅よりも大きく、青のパルスの振幅は緑のパルスの振幅よりも大きい」ように、光源の駆動電流を変化させた例を示しているが(上掲特許文献1の図2b参照)、このような駆動電流波形を実現するためには、それぞれのカラーセグメントと駆動電流とを適切に同期しなければならず、実現が極めて困難である。なお、特許文献1の「発明の詳細な説明」には、「正のパルスのパワーが負のパルスのパワーに等しくなるように動作する必要がある。」とのみ記載され、具体的な同期信号の取り方などは明らかでない。 For example, FIG. 4B shows an image projection apparatus of an AC system in which “a red pulse amplitude (both positive and negative pulses) is larger than a blue pulse amplitude, and a blue pulse amplitude is a green pulse. In this example, the drive current of the light source is changed so as to be larger than the amplitude of the light source (see FIG. 2b of the above-mentioned Patent Document 1). The color segment and the drive current must be properly synchronized, which is extremely difficult to implement. Note that the “detailed description of the invention” of Patent Document 1 only describes “It is necessary to operate so that the power of the positive pulse is equal to the power of the negative pulse.” How to take is not clear.
さらに、交流方式は正の半サイクルと負の半サイクルとで高圧放電灯内の電極間における電子放出の向きが切り替わるため、アーク放電の輝点(発光位置)が正の半サイクルと負の半サイクルとでわずかに移動する。そのため、デジタル光学素子に入力される光量が微妙に変動し、階調が乱れる原因ともなる。 Furthermore, in the AC method, the direction of electron emission between the electrodes in the high-pressure discharge lamp is switched between a positive half cycle and a negative half cycle, so that the arc discharge luminescent spot (light emission position) is a positive half cycle and a negative half cycle. Move slightly with the cycle. For this reason, the amount of light input to the digital optical element fluctuates slightly, resulting in a disturbed gradation.
以上のように、交流方式の高圧放電灯に対し、セグメント単位で駆動電流を変動させようとすると、カラーセグメントと駆動電流の同期をとることが難しい。また、交流方式の高圧放電灯は、輝点位置が周期的に変動するといった交流方式に特有の本質的な問題を内在している。 As described above, it is difficult to synchronize the color segment with the drive current if the drive current is changed in the segment unit for the AC type high pressure discharge lamp. In addition, the AC type high-pressure discharge lamp has an inherent problem inherent in the AC type in which the bright spot position fluctuates periodically.
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、セグメント単位で駆動電流の大きさを変更しても高圧放電灯の駆動電流とカラーセグメントとを確実に同期させることができる新規な同期方式を取り入れた画像投射システムを提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and adopts a novel synchronization method that can reliably synchronize the driving current of the high-pressure discharge lamp and the color segment even if the magnitude of the driving current is changed in units of segments. The main purpose is to provide an image projection system.
本発明に係る画像投射システムは、直流方式の高圧放電灯1と前記高圧放電灯から照射された光束Φ1を複数の色に分離する回転式のカラーフィルタ3と、このカラーフィルタを通過した光束Φ2に階調付けと映像信号による変調とを行う反射型の光学素子4と、前記高圧放電灯を直流電流で駆動させる直流点灯手段5と、この光学素子によって反射された光束Φ3をスクリーン上に投影する投影レンズ系6と、前記カラーフィルタの回転を検出して同期信号Sを発生させる同期信号発生装置9とを含む画像投射システムであって、前記同期信号発生装置9は、前記カラーフィルタの回転と同期した複数のオンオフパターンであって、オン時間の異なる矩形パルスからなる同期信号Sを発生させると共に、そのパルス幅と一対一に対応する所定の異なる複数の電力レベル(例えば、L1〜L4)を、前記同期信号(S)のオン時間で規定されるパルスの検出から一定の時間(T0)を経過したタイミングであって、検出されたパルス幅の次のパルスの検出から前記一定の時間(T0)を経過するまで前記高圧放電灯に出力することにより前記検出されたパルス幅に基づいて電力レベルを設定することを特徴とする。
The image projection system according to the present invention includes a direct-current high-pressure discharge lamp 1, a rotary color filter 3 that separates a light beam Φ1 emitted from the high-pressure discharge lamp into a plurality of colors, and a light beam Φ2 that has passed through the color filter. A reflection type optical element 4 for gradation and modulation by a video signal, direct current lighting means 5 for driving the high pressure discharge lamp with a direct current, and a light flux Φ3 reflected by the optical element is projected on a screen. An image projection system including a projection lens system 6 for detecting the rotation of the color filter and generating a synchronization signal S by detecting the rotation of the color filter, wherein the synchronization signal generator 9 rotates the color filter. given that a plurality of on-off pattern synchronized, which both generates the synchronizing signal S of different rectangular pulses on time, a one-to-one correspondence with the pulse width Different power levels (e.g., L1 to L4), and a timing after the elapse of predetermined time (T0) from the detection of the pulse defined by the on time of the synchronization signal (S), detected pulse width The power level is set based on the detected pulse width by outputting to the high-pressure discharge lamp until the predetermined time (T0) elapses from the detection of the next pulse .
このように本発明では、同期信号Sのオンオフパターン(具体的には、オン時間の異なる矩形パルスTs1〜Ts4)と、高圧放電灯に出力される電力レベル(L1〜L4)とが一対一に対応するように予め設定しておき、所定のパターンの同期信号Sを受け取った次のカラーセグメントのタイミングでそれに対応する電力レベル(Ts1に対してL1というように)を高圧放電灯に出力する。この出力のタイミングは、同期信号の立ち上がり時刻を基準として一定時間T0経過した後に設定すれば、カラーフィルタの回転(すなわちカラーセグメント)と同期信号とを正確に同期させることができる。 As described above, in the present invention, the on / off pattern of the synchronization signal S (specifically, the rectangular pulses Ts1 to Ts4 having different on times) and the power levels (L1 to L4) output to the high pressure discharge lamp are in a one-to-one relationship. It is set in advance so as to correspond, and at the timing of the next color segment that receives the synchronization signal S of a predetermined pattern, the corresponding power level (L1 for Ts1) is output to the high pressure discharge lamp. If the output timing is set after a predetermined time T0 has elapsed with reference to the rising time of the synchronizing signal, the rotation of the color filter (that is, the color segment) and the synchronizing signal can be accurately synchronized.
本システムにおいては、電力レベルの最大値L4が電力レベルの最小値L1の1.1倍以上に設定されていることがアークジャンプに起因するフリッカを抑制する点で好ましい。 In this system, it is preferable that the maximum value L4 of the power level is set to 1.1 times or more of the minimum value L1 of the power level in terms of suppressing flicker caused by arc jump.
また、本システムでは、高圧放電灯の電極は、陽極(アノード)が陰極(カソード)よりも質量が大きく構成されていることが好ましい。電力レベルの最大値(L4)を大きくすればするほど陽極の消耗(加熱による蒸発)が起こりやすいので、陽極の質量を予め大きくしておくことで、電力レベルの最大値(L4)と最小値(L1)の比を大きくしても高圧放電灯の寿命を劣化させにくくすることができるからである。 In the present system, the electrode of the high pressure discharge lamp is preferably configured such that the anode (anode) has a larger mass than the cathode (cathode). As the maximum power level (L4) is increased, the anode is more likely to be consumed (evaporation due to heating). By increasing the mass of the anode in advance, the maximum power level (L4) and minimum value are increased. This is because even if the ratio of (L1) is increased, the life of the high-pressure discharge lamp can be made difficult to deteriorate.
本発明によると、各カラーセグメントに供給する高圧放電灯の異なる供給電力との同期を正確にとることができる。また、ビデオフィールドの各カラーセグメントに自由に異なる電力レベルを供給できると共にフリッカを抑制し安定したアークを維持することができる。また、本発明では、同期信号のパターンを変更するだけで様々な色合いを表現することができ、点灯手段の回路等を変更する必要がないため、システム設計の自由度が極めて高い。
According to the present invention, it is possible to accurately synchronize with different supply power of the high-pressure discharge lamp supplied to each color segment. Further, different power levels can be freely supplied to the color segments of the video field, and flicker can be suppressed and a stable arc can be maintained. Further, in the present invention, various shades can be expressed only by changing the pattern of the synchronization signal, and it is not necessary to change the circuit of the lighting means, so that the degree of freedom in system design is extremely high.
(第1の実施形態)
−システム構成について−
図1は本発明に係る画像投射システムのシステム構成を説明するブロック図の一例を示している。本システムは直流方式の高圧放電灯1及びリフレクター2より構成される光源Eと、複数のカラーセグメント3a〜3fを備えたカラーフィルタ3と、光学素子4と、投影レンズ系6とから構成される。高圧放電灯1から照射された光束Φは、直接又はリフレクター2に反射されて、カラーフィルタ3に光束Φ1が照射され、光学素子4によって光変調された後、所定の画像パターンが投影レンズ系6を介してスクリーン7に投影される。
(First embodiment)
-System configuration-
FIG. 1 shows an example of a block diagram illustrating the system configuration of an image projection system according to the present invention. This system includes a light source E composed of a DC high pressure discharge lamp 1 and a
カラーフィルタ3は可視光の波長を選択的に通過させる性質を持つダイクロイックフィルタよりなる複数のカラーセグメントを備えている。図1におけるカラーフィルタ3はR・G・B・Y・M・C(赤・緑・青・黄・マゼンタ・シアン)の6色よりなる(3a〜3f)。 The color filter 3 includes a plurality of color segments made of a dichroic filter having a property of selectively passing visible light wavelengths. The color filter 3 in FIG. 1 includes six colors (3a to 3f) of R, G, B, Y, M, and C (red, green, blue, yellow, magenta, and cyan).
光学素子4はDMD(登録商標)のような反射型のデジタル光変調素子よりなり、カラーセグメント3a〜3fを通過してそれぞれの色に分離された光束Φ2を反射し、光学素子駆動装置14より供給される映像信号(例えばビデオ信号など)により光変調を行うためのデバイスである。
The optical element 4 is formed of a reflective digital light modulation element such as DMD (registered trademark), reflects the light flux Φ2 that has passed through the color segments 3a to 3f and separated into the respective colors, and is received from the optical
なお、DMD(登録商標)とは、具体的にはカラーフィルタを通過した各セグメントの光に明度を与えて階調付けを行うと共に映像信号による変調を行うための光学素子(光変調素子)であり、例えば半導体メモリーセル上に多数のミラーエレメントが取り付けられたものである。その一つ一つのミラーエレメントの傾きは光学素子駆動装置14により制御され、各ミラーエレメントにおける光の通過と遮断をスイッチングすることにより所定のパターンを作り出すことができる。
The DMD (registered trademark) is an optical element (light modulation element) for giving gradation to the light of each segment that has passed through the color filter, and for performing gradation with the video signal and modulating the video signal. For example, a large number of mirror elements are mounted on a semiconductor memory cell. The inclination of each mirror element is controlled by the optical
直流点灯手段5は直流電源回路と複数の電力レベルを同期信号に応じて選択的に出力させる制御回路を内蔵しており、高圧放電灯1を点灯させるためのランプ電流を供給する装置である。高圧放電灯への駆動電流パターンの詳細については後述する。 The DC lighting means 5 includes a DC power supply circuit and a control circuit that selectively outputs a plurality of power levels according to a synchronization signal, and supplies a lamp current for lighting the high-pressure discharge lamp 1. Details of the drive current pattern to the high pressure discharge lamp will be described later.
投影レンズ系6は光学素子4の表面で反射された光束Φ3をスクリーン(7)上に投射するための光学レンズである。 The projection lens system 6 is an optical lens for projecting the light beam Φ3 reflected by the surface of the optical element 4 onto the screen (7).
カラーフィルタ駆動装置8はカラーフィルタ3を回転させるための駆動装置であり、カラーフィルタ3を一定速度で回転させる働きをする。例えば1フレームの周波数60Hz(1画面が毎秒60回で変化すること)のビデオ信号の場合で、カラーフィルタは上記1フレームの周波数の整数倍(例えば2倍、すなわち周波数120Hz)の速度で回転する。
The color
光源Eからの照射された光束Φ1は定速回転しているカラーフィルタ3の各セグメント3a〜3fを透過したときに時分割で色分解される。それぞれの色に分解された光束Φ2はライトパイプ(図示を省略する)などを介して光学素子(4)に入射される。 The light beam Φ1 irradiated from the light source E is color-separated in a time division manner when passing through the segments 3a to 3f of the color filter 3 rotating at a constant speed. The luminous flux Φ2 separated into the respective colors enters the optical element (4) through a light pipe (not shown) or the like.
カラーフィルタ3には、タイミングを検出するための位置指標3gが設けられている。例えば、フォトセンサーが位置指標3gを検知することにより、カラーフィルタの1回転のタイミングを検出してタイミング基準信号S0を発生させる。この基準信号S0は同期信号発生装置9に入力され、基準信号S0を基準として、各カラーセグメントと同期した複数の同期信号が直流点灯手段5に入力される。
The color filter 3 is provided with a
−電流駆動パターンについて−
図2は本発明に係る画像投射システムにおけるカラーフィルタのセグメントの状態(上段)と直流ランプ電流波形IL(2段目)と同期信号Sの波形(3段目)と高圧放電灯1から照射された光束Φ1の信号強度を同一時間軸で例示したものである。ここでは、図1に示したようなR・G・B・Y・M・C(赤・緑・青・黄・マゼンタ・シアン)の6つのセグメントを含むカラーフィルタを、1フレームの周波数の2倍速で回転した例(1フレーム60Hz、ビデオフィールド120Hz)を示している。なお、実際にはカラーセグメントの境界の影響を吸収するためスポークタイムが設定されていることもあるが過渡特性については説明を省略する。
-Current drive pattern-
FIG. 2 shows the state of the color filter segment (upper stage), the DC lamp current waveform I L (second stage), the waveform of the synchronization signal S (third stage), and the irradiation from the high-pressure discharge lamp 1 in the image projection system according to the present invention. The signal intensity of the emitted light beam Φ1 is illustrated on the same time axis. Here, a color filter including six segments of R, G, B, Y, M, and C (red, green, blue, yellow, magenta, and cyan) as shown in FIG. An example (one frame 60 Hz, video field 120 Hz) rotated at double speed is shown. In practice, the spoke time may be set to absorb the influence of the boundary of the color segment, but the description of the transient characteristics is omitted.
電力レベルは低い順にL1、L2、L3、L4の4種を設定した例を示し、それぞれ同期信号Sのオン時間の短い順にTs1、Ts2、Ts3,Ts4によって識別する。予め設定された上記複数の電力レベルのいずれか1つの電流強度を同期信号の立ち上がり時刻を基準として一定時間T0経過した後に出力する。 Power level shows an example of setting four kinds of L1, L2, L3, L4 in ascending order, short turn Ts1 of each on-time of the synchronization signal S, Ts2, Ts3, identified by Ts4. The current intensity of any one of the plurality of power levels set in advance is output after a predetermined time T0 has elapsed with reference to the rising time of the synchronization signal.
すなわち、Ts1のパルス幅を検出したとき次の駆動電流ILをL1のレベルに設定し、Ts2のパルス幅を検出したとき次の駆動電流ILをL2のレベルに設定し、Ts3のパルス幅を検出したとき次の駆動電流ILをL3のレベルに設定し、Ts4のパルス幅を検出したときは次の駆動電流ILをL4のレベルに設定するのである。 That is, set the next drive current I L when it detects a pulse width of Ts1 to level L1, set the next drive current I L when it detects a pulse width of Ts2 to the level of L2, Ts3 pulse width the set the following drive current I L when detecting the level of L3, when it detects a pulse width of Ts4 is to set the next drive current I L to the level of L4.
例えば、Ts1=100μs、Ts2=150μs、Ts3=200μs、Ts4=250μs、T0=300μsと設定し、これに対応して予めL1、L2、L3、L4を設定しておく。なお、カラーセグメント6色で4倍速を考慮しても1セグメントあたり約690μs(=1/60Hz/4倍/6セグメント)である。T0(=300μs)の大きさは、この値よりも小さいので上記の設定値はいずれも妥当な設定値である。 For example, Ts1 = 100 μs, Ts2 = 150 μs, Ts3 = 200 μs, Ts4 = 250 μs, and T0 = 300 μs are set, and L1, L2, L3, and L4 are set in advance corresponding thereto. In addition, even if 4 times speed is considered in 6 color segments, it is about 690 μs per segment (= 1/60 Hz / 4 times / 6 segments). Since the magnitude of T0 (= 300 μs) is smaller than this value, all of the above set values are appropriate set values.
なお、カラーセグメントの誤差に対する微調整をするには、同期信号発生装置9内の制御回路で、このタイミングを調整するだけで良く、直流点灯手段5は変更を要しない。また、各カラーセグメントの角度が変更になったり、フレーム周波数が例えば50Hzに変更になったり、カラーフィルタの回転数が変更になったとしても、この同期信号のタイミングを変更するだけで良い。 In order to finely adjust the error of the color segment, it is only necessary to adjust this timing by the control circuit in the synchronizing signal generator 9, and the DC lighting means 5 does not need to be changed. Even if the angle of each color segment is changed, the frame frequency is changed to 50 Hz, for example, or the rotation speed of the color filter is changed, only the timing of the synchronization signal need be changed.
例えば、図2(a)の直流ランプ電流波形(2段目)の例では、電力レベルが小さいものから順に、
L1・・・緑(G)
L2・・・青(B)、マゼンタ(M)
L3・・・黄(Y)、シアン(C)
L4・・・赤(R)
と対応付けている。
For example, in the example of the DC lamp current waveform (second stage) in FIG.
L1 green (G)
L2 ... Blue (B), Magenta (M)
L3 ... Yellow (Y), Cyan (C)
L4 ... Red (R)
Is associated.
このように設定すると、全体的にはやや色温度の低い色合いの画像が得られる。逆に、例えば図2(b)の直流ランプ電流波形(1段目)のように、B(青)とR(赤)とを入れ替えて、
L1・・・緑(G)
L2・・・赤(R)、マゼンタ(M)
L3・・・黄(Y)、シアン(C)
L4・・・青(B)
と対応づけるようにすると、全体的にはやや色温度の高い色合いの画像が得られる。
With this setting, an image with a slightly lower color temperature can be obtained as a whole. Conversely, for example, as shown in the DC lamp current waveform (first stage) in FIG. 2B, B (blue) and R (red) are interchanged,
L1 green (G)
L2 ... Red (R), Magenta (M)
L3 ... Yellow (Y), Cyan (C)
L4 ... Blue (B)
As a result, an image with a slightly higher color temperature can be obtained as a whole.
その際必要なことは、同期信号Sを図2(b)の下段に示すように変更して、R(赤)とB(青)の電力レベルを選択するための同期信号のパターンを入れ替えるだけである。 In this case, all that is necessary is to change the synchronization signal S as shown in the lower part of FIG. 2B and replace the pattern of the synchronization signal for selecting the power levels of R (red) and B (blue). It is.
このように、本発明にかかる画像投射システムによると、同期信号のパターンを変更するだけでユーザーの好みに応じて様々な色合いを表現することができる。しかも、点灯手段の回路等を変更する必要がないため、システム設計の自由度が極めて高い。 As described above, according to the image projection system of the present invention, it is possible to express various colors according to the user's preference simply by changing the pattern of the synchronization signal. Moreover, since it is not necessary to change the circuit of the lighting means, the degree of freedom in system design is extremely high.
なお、本発明にかかる画像投射システムは光源となる高圧放電灯が直流方式によるため、交流方式のように極性の切り替えを考慮する必要がなく、同期信号の種類に応じて同期信号を受け取った次のセグメントで上記のような電流波形を発生させることは容易である。ちなみに、交流方式の場合、対称性などを考慮しなければならないため制限が大きいが、本システムでは電力レベル(L1〜L4)を自由に配置できるという利点がある。 In the image projection system according to the present invention, since the high-pressure discharge lamp serving as the light source is based on the direct current method, there is no need to consider polarity switching as in the alternating current method, and after receiving the synchronization signal according to the type of the synchronization signal. It is easy to generate the current waveform as described above in the segments. By the way, in the case of the AC system, the limitation is large because symmetry and the like must be taken into consideration, but this system has an advantage that the power levels (L1 to L4) can be freely arranged.
なお、上記実施例では、カラーセグメント数が6つ(RGBYMC)で電力レベル数は4段階(L1〜L4)として説明してきたが、これらは一例にすぎず、同期信号と電力レベルの対応関係を変更すれば自由にセグメント数や電力レベル数を変更できることはいうまでもない。 In the above embodiment, the number of color segments is six (RGBYMC) and the number of power levels is four stages (L1 to L4). However, these are only examples, and the correspondence relationship between the synchronization signal and the power level is shown. It goes without saying that the number of segments and the number of power levels can be freely changed if changed.
そして、本システムは高圧放電灯の駆動が直流方式によるため、アークの輝点が陰極側の一方向に固定されるので階調が乱れにくい。なお、直流電流にパルス電流を重畳するとアークジャンプを抑制することができることが知られている(例えば特開2004−212890号公報)が、本システムの駆動電流波形は直流電流に同極性のパルスを重畳したものと等価であるから、ビデオフィールドの中で一定程度以上の電力レベルの差(L1〜L4)を付けておけば、アークジャンプに起因するフリッカを抑制する効果も期待される。実験によると、電力レベルの最大値(L4)と最小値(L1)との差が、最大値/最小値の比で1.1倍以上あるときフリッカの抑制効果が確認された。 In this system, since the high-pressure discharge lamp is driven by a direct current system, the bright point of the arc is fixed in one direction on the cathode side, so that the gradation is hardly disturbed. It is known that arc jump can be suppressed by superimposing a pulse current on a direct current (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-212890), but the drive current waveform of this system has a pulse of the same polarity as the direct current. Since it is equivalent to the superimposed one, if a power level difference (L1 to L4) of a certain level or more is added in the video field, an effect of suppressing flicker caused by arc jump is also expected. According to experiments, the flicker suppression effect was confirmed when the difference between the maximum value (L4) and the minimum value (L1) of the power level was 1.1 times or more in the ratio of the maximum value / minimum value.
(第2の実施形態)
図3は一般的な直流方式の高圧放電灯の電極構造1a、1bとアーク放電Aの状態を示している。この図に示すように本実施形態に示す直流方式の高圧放電灯は、陰極(カソード)1aと比べて陽極(アノード)1bの質量が大きく構成されている。通常、この種の直流方式の高圧放電灯は陽極質量/陰極質量が、典型的には1.5〜2程度である。電流は図の矢印Rの方向に流れ、図のようなアーク放電Aが発生する。この時、輝点Kは陰極1bの近傍に現れる。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a state of
実験では、陽極と陰極の質量比を通常より少し高めの2.5(2.3乃至2.7)程度に構成したところ、電力レベルの最大値(L4)は最小値(L1)の150%(1.5倍)まで設定することができた。これは調整できる色調の範囲が大きいことを意味する。なお、これ以上レベル差を大きくすると陽極側が激しく加熱されてタングステン電極が蒸発し、放電灯の寿命を短くするおそれがある。但し、放電灯の蒸気圧や電極形状等を最適化すれば、もう少しレベル差を大きく設定することも可能であろう。 In the experiment, when the mass ratio of the anode and the cathode was set to about 2.5 (2.3 to 2.7), which was slightly higher than usual, the maximum value (L4) of the power level was 150% of the minimum value (L1). (1.5 times) could be set. This means that the range of color tones that can be adjusted is large. If the level difference is further increased, the anode side is heated intensely and the tungsten electrode evaporates, which may shorten the life of the discharge lamp. However, if the vapor pressure and electrode shape of the discharge lamp are optimized, the level difference can be set slightly larger.
なお、交流方式の場合は両電極が交互に陽極になったり陰極になったりするので、電力レベルの最大値(L4)に対して寿命特性を劣化させないためには適切に質量の大きい電極が必要であるとも考えられる。しかし、そうすると、陰極として動作する期間は逆に電極の温度が下がりすぎるため、アークが不安定になりやすい。このように、交流方式の場合、電極には相反する特性が求められるため、電力レベル差を大きくすることができないのである。従って、本実施例のように電極を非対称にすることは、本システムのような直流方式に適用して初めて大きな効果があるといえる。 In the case of the alternating current method, both electrodes alternately become anodes and cathodes, so that electrodes having an appropriately large mass are necessary in order not to deteriorate the life characteristics with respect to the maximum power level (L4). It is thought that it is. However, in that case, the arc tends to become unstable because the temperature of the electrode is excessively lowered during the period of operation as the cathode. Thus, in the case of the alternating current method, the electrodes are required to have contradictory characteristics, so that the power level difference cannot be increased. Therefore, it can be said that making the electrodes asymmetric as in this embodiment has a great effect only when applied to a direct current system like the present system.
本発明にかかる画像投射システムは、ビデオフィールドの各カラーセグメントに自由に異なる電力レベルを供給できると共にアークジャンプに起因するフリッカが抑制され、アークを安定に維持することができる。特に、陽極の質量を陰極よりも大きくすると、電力レベルの最大値と最小値のレベル差を例えば150%程度まで設定できるので、ユーザーの好みに合わせて変化できる色調の範囲が大きい。また、直流方式によるため、輝点位置が変動しないので、ビデオフィールド毎にカラーフィルタを照射する光束(Φ)に誤差が発生せず、安定な光束を出力し続けることができる。 The image projection system according to the present invention can freely supply different power levels to the color segments of the video field, suppress flicker caused by arc jump, and maintain the arc stably. In particular, when the mass of the anode is made larger than that of the cathode, the level difference between the maximum value and the minimum value of the power level can be set to, for example, about 150%, so that the range of color tones that can be changed according to user preferences is large. In addition, since the bright spot position does not vary because of the direct current method, no error occurs in the light beam (Φ) that irradiates the color filter for each video field, and a stable light beam can be continuously output.
IL 直流ランプ電流
E 光源
S 同期信号
Φ 光(光束)
1 高圧放電灯
2 リフレクター
3 カラーフィルタ
3a〜3f カラーセグメント
3g 位置指標
4 光学素子
5 直流点灯手段
6 投影レンズ系
7 スクリーン
8 カラーフィルタ駆動装置
9 同期信号発生装置
13 ビデオ入力部
14 光学素子駆動素子
IL DC lamp current E Light source S Synchronization signal Φ Light (light beam)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High
Claims (3)
前記同期信号発生装置(9)は、前記カラーフィルタの回転と同期した複数のオンオフパターンであって、オン時間の異なる矩形パルスからなる同期信号(S)を発生させると共に、そのパルス幅と一対一に対応する異なる複数の電力レベルを、前記同期信号(S)のオン時間で規定されるパルスの検出から一定の時間(T0)を経過したタイミングであって、検出されたパルス幅の次のパルスの検出から前記一定の時間(T0)を経過するまで前記高圧放電灯に出力することにより前記検出されたパルス幅に基づいて電力レベルを設定することを特徴とする画像投射システム。 A direct current type high pressure discharge lamp (1), a rotary color filter (3) that separates a light beam (Φ1) emitted from the high pressure discharge lamp into a plurality of colors, and a light beam (Φ2) that has passed through the color filter. Reflective optical element (4) for gradation and modulation by a video signal, DC lighting means (5) for driving the high-pressure discharge lamp with a direct current, and light flux (Φ3) reflected by the optical element An image projection system including a projection lens system (6) for projecting the image on a screen and a synchronization signal generator (9) for detecting the rotation of the color filter and generating a synchronization signal (S),
The synchronization signal generator (9) generates a synchronization signal (S) having a plurality of on-off patterns synchronized with the rotation of the color filter and having rectangular pulses having different on-times, and has a one-to-one correspondence with the pulse width. to a plurality of power levels differ corresponding to a timing after the elapse of predetermined time (T0) from the detection of the pulse defined by the on time of the synchronization signal (S), the next pulse of the detected pulse width The power level is set based on the detected pulse width by outputting to the high-pressure discharge lamp until the predetermined time (T0) elapses from the detection of.
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